组合煤岩结构体冲击倾向演化数值模拟

针对单纯以煤层或顶板岩层进行煤层冲击倾向性判定存在"低估"问题,采用RFPA2D模拟软件开展不同高度比和不同顶板强度、厚度、均质性及接触面角度下组合煤岩结构体的冲击倾向性数值试验.研究结果表明:组合煤岩结构体冲击倾向性高于纯煤层或岩层测定结果,更接近实际.随着顶板强度、厚度、均质性的增加,组合煤岩结构体冲击倾向性增强,随接触面角度的增大,其单轴抗压强度降低,峰后塑性变形阶段越来越明显.在接触面角度一定的情况下,随着顶板岩体强度的增加,组合煤岩结构体冲击破坏声发射累计释放能量减弱.     

薄煤层冲击矿压发生机理及防治研究

分析了崔庙矿薄煤层诱发冲击矿压的原因,验证了薄煤层深部开采时具有冲击矿压现象,实验研究了薄煤层的冲击矿压危险性与煤岩体的结构特征的关系,即组合煤岩试样的冲击能指数随着顶板与煤样高度比值的增加而增加,随着煤岩高度比减小,组合煤岩单轴抗压强度增大,煤层厚度的变化对煤体中的应力分布有着很大的影响,探讨了薄煤层应力分布及转移规律和冲击矿压机理,即煤层越薄,煤体承载能力越强,越不容易产生应力转移,由于开采煤体,引起峰值应力区垂直应力升高,水平应力对煤体约束减小,导致冲击矿压。文中以崔庙矿为工程研究背景,通过设置切顶巷和顶板深孔爆破降低了冲击危险性,取得了显著效果,验证了薄煤层开采切顶巷防冲技术和顶板预裂爆破技术的可行性。     

带约束拉杆双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能数值模拟及参数分析

为了研究带约束拉杆的双钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,进行了16个该形式组合剪力墙的反复加载试验,并采用OpenSees程序对带约束拉杆的双钢板-混凝土组合剪力墙试件进行数值模拟.在试验及数值模拟的基础上,对影响该形式组合剪力墙抗震性能的主要参数进行分析.结果表明,高宽比、轴压比以及约束拉杆间距对剪力墙的抗震性能影响显著.随着高宽比的增大,组合剪力墙的初始刚度以及屈服荷载和峰值荷载减小显著,其后期刚度退化和耗能能力降低;轴压比对组合剪力墙抗震性能的影响主要表现在后期刚度的退化程度;约束拉杆间距的减小可以提高组合剪力墙的承载力,减弱后期的刚度退化程度,增大其耗能能力.     

煤岩组合体性质与比例影响力学特性规律

为研究煤岩性质与比例对组合体力学特性和能量积聚规律的影响.选取细砂岩-煤、粗砂岩-煤、细砂岩-煤-粗砂岩3种组合体和3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3五种岩煤高度比,对不同组合体开展了单轴压缩实验研究.研究结果表明:岩煤高度比相同的组合体,细砂岩-煤组合体强度较大,冲击倾向性更强;随着岩煤高度比增大,组合体强度均有...     

爆炸应力波作用煤巷变形破坏模拟试验研究

采用相似材料和数值模拟试验方法,利用数字散斑观测(DSCM)技术,对不同炮孔位置和装药量条件下煤巷变形破坏进行模拟试验研究,得到爆炸应力波在煤岩中的传播规律.试验结果表明:(1)爆炸应力波沿垂直巷道方向上传播为主,巷道顶板附近形成裂纹、破碎或坍塌区;随着装药量不断增加,应力波对上部岩体破坏力明显增大,应力波能量是影响巷道破坏程度的主要因素.(2)装药量为4.0g,炮孔距离分别为450mm和300mm时,第一次引爆(距离为450mm)后,巷道顶板附近出现裂缝,属于拉剪裂缝;第二次引爆(距离为300mm)后,巷道顶板附近裂缝较为发育,且巷道顶层出现部分塌落,属于重复拉剪破坏;装药量为8.0g,第三次引爆(距离为200mm)后,巷道顶板出现塌落,且四周破坏,说明随着炮孔距离推进和装药量增加,巷道变形破坏程度更严重.(3)数值计算结果表明,顶板受冲击作用和下沉位移较大,两边帮向巷道内部弯曲变形也较大,冲击载荷对巷道变形破坏影响较大,与相似材料试验结果具有一致性.     

双层钢板-内填混凝土组合剪力墙滞回性能数值分析

在试验研究的基础上,分析双层钢板-内填混凝土组合剪力墙结构的受力特点,建立了带初始缺陷的有限元数值计算模型,并与试验结果进行了对比;通过有限元数值模拟,分析了轴压比、高宽比、宽厚比等主要参数对剪力墙滞回性能的影响规律及其特征.研究结果表明,高宽比、宽厚比、轴压比对双层钢板-内填混凝土组合剪力墙受力性能均有影响,轴压比是影响承载能力的主要因素,而高宽比与宽厚比是影响初始刚度的主要因素.     

组合煤岩渗透规律试验研究

为探究煤岩中CH_4的渗透规律,以试验研究为主要手段,结合敏感性分析,利用自主研发的试验系统,对煤、砂岩以及不同煤岩比的组合煤岩体试件,开展了考虑体积应力和孔隙压力影响的渗透规律试验研究.研究结果表明:当孔隙压力恒定时,随着体积应力的递增,无论是煤、砂岩还是组合煤岩,渗透率都会呈现出递减的趋势;通过进行敏感性分析发现试件的渗透率变化率和孔隙压力敏感系数均与煤岩比有关.在低体积应力条件下,试件煤含量越高,孔隙压力对渗透率影响越明显,并且对孔隙压力变化越敏感;煤岩比对组合煤岩中CH_4的渗透率有较大影响,对含煤量高的煤岩试件增加孔隙压力可有效提高CH_4渗透率.     

不同煤岩组合体力学特性的数值模拟研究

为研究不同煤岩组合体力学特性和声发射特征,利用RFPA2D数值模拟软件,对不同围压和不同组合倾角条件下的泥岩煤组合体,粉砂岩煤组合体及石灰岩煤组合体进行了模拟。结果表明,单轴压缩时不同煤岩组合体应力应变曲线相似,其峰值强度均接近煤体的单轴抗压强度;煤岩体强度随着组合体间倾角的增大而减小,煤岩体中岩体的强度越高,煤岩体越早出现强度的迅速衰减;煤岩组合体的内摩擦角随着组合体倾角的增大而减小,而内聚力随着倾角增大先增大后减小;随着围压的升高,煤岩组合体的声发射振铃计数最大值经历了一个先减后增的过程,组合体中岩石强度越高,声发射最大振铃计数值越高。     

煤岩互层巷道模拟试验与控制对策

为研究斜梯形和直墙半圆拱形巷道断面对煤岩互层巷道的适应性,得到巷道断面的支护参数的优化方案,进行了相似模拟试验和数值模拟试验研究,改进后的巷道断面和支护参数利用钻孔探测进行检验.结果表明:斜梯形巷道断面对于煤岩互层巷道适应能力差,直墙半圆拱形巷道的水平应力和垂直应力同比斜梯形巷道小2倍以上,更适用于煤岩互层顶板;对直墙半圆拱形巷道进行了3种支护方案的模拟,确定最终的间排距为800 mm×800 mm;钻孔探测发现改进后的方案裂隙、破碎带大幅度减小.     

煤层冲击地压形成机制及防治措施

冲击地压是矿山开采中发生的煤岩动力现象,是威胁煤矿安全生产的严重灾害之一。这种动力灾害通常是在煤岩力学系统达到极限强度时,聚积在煤岩体中的弹性能量以突然、急剧、猛烈的形式释放,在井巷发生爆炸性事故,造成煤岩体振动和破坏,动力将煤岩抛向井巷,同时发生强烈声响,造成设备、井巷的破坏,人员的伤亡等。冲击地压可能还会引发其它矿井灾害,尤其是瓦斯煤尘爆炸、火灾以及水灾,破坏通风系统,严重时造成地面震动和建筑物损坏等。本文结合实例对冲击地压现象分析、煤层及煤层与顶底板组合的冲击倾向性试验及顶板煤层型冲击地压的防治进行具体分析。     

端面冒落高度可控影响因素多元线性回归分析

为研究采高、端面距、推进速度等可控因素对端面顶板冒落高度的影响,采用正交试验法设计了9个数值计算模型,运用UDEC模拟软件计算了各可控因素变化时端面顶板的冒落高度,应用SPSS统计软件对各参数进行多元线性回归分析,得出端面顶板冒落高度的多元线性回归方程。回归系数的检验结果表明其回归方程相关性显著;分析结果表明:影响端面冒落高度最主要的因素是端面距,端面距每增加1 m,冒落高度增加0.688 m;其次为采高,采高每增加1 m,冒落高度增加0.1 m;端面冒落高度随着推进速度、支架初撑力的增大而减小,但其影响系数小于0.1。     

钢纤维混凝土栓钉—橡胶组合连接件抗剪刚度分析

为建立钢纤维混凝土(steel fiber reinforced concrete, SFRC)栓钉-橡胶组合连接件抗剪刚度设计计算方法,结合已有文献推出试验,采用ABAQUS显式准静态求解技术进行非线性有限元分析,仿真计算结果与文献推出试验结果基本吻合。以橡胶套高度、橡胶套厚度、混凝土强度和栓钉直径为影响参数,分析组合连接件抗剪刚度变化规律,并结合现有栓钉抗剪刚度计算式拟合出SFRC栓钉-橡胶组合连接件抗剪刚度设计计算公式。结果表明：ABAQUS显式准静态求解技术能较好地实现组合连接件推出试验数值模拟;采用橡胶套包裹栓钉后会大幅降低连接件抗剪刚度,抗剪刚度最大降幅约为60%;当橡胶套高度为25 mm、厚度为2.5 mm时,即可显著降低连接件抗剪刚度;钢纤维混凝土强度对抗剪刚度影响较小;组合连接件抗剪刚度与栓钉直径近似呈正比关系;提出的抗剪刚度设计计算式能较准确预测钢纤维混凝土栓钉-橡胶组合连接件抗剪刚度,为工程设计提供参考与借鉴。     

侧向冲击下方钢管混凝土构件动力响应的参数研究

运用ABAQUS/Explicit有限元软件对方钢管混凝土(CFRST)构件的侧向冲击过程进行数值模拟,研究冲击高度、截面含钢率、冲击位置、材料强度、构件长细比等对方钢管混凝土构件冲击力和挠度变形的影响;基于刚塑性梁理论,提出计算方钢管混凝土构件截面动力受弯承载力提高系数的实用计算公式。研究结果表明:截面含钢率和长细比是影响冲击持续时间和冲击力平台值的敏感因素;减小冲击高度和构件长细比,增加截面含钢率可显著减小构件冲击点处的挠度;钢材屈服强度、截面含钢率、长细比和冲击速度是影响构件截面动力受弯承载力的重要参数。     

电锤冲击系统受力状态与凿入效率数值分析

为了研究电锤钻头直径与工作介质加载刚度对电锤冲击系统的影响,采用冲击机械系统波动力学数值计算方法,计算7种直径钻头(直径12~38 mm范围内)分别凿入6种工作介质(单位长度钻刃加载刚度在1.16~2.88 MN/m范围内)时电锤冲击系统受力和凿入效率.研究表明,钻头直径与工作介质加载刚度对冲锤、冲杆的受力状态基本不产生影响,对钻头的受力状态会产生显著影响;随着钻头直径的增大或工作介质加载刚度的减小,电锤冲击系统的凿入效率降低.研究结论可为电锤冲击系统的设计和电锤的选型提供一定的理论依据.     

煤岩组合体破坏过程RFPA~(2D)数值模拟

为研究不同组合条件下煤岩组合体的力学特性及破坏过程,使用RFPA~(2D)软件,采用位移加载方式,对不同倾角、围压下的煤岩组合体进行数值模拟,研究单轴和三轴条件下不同煤岩组合体的破坏机制,分析了围压、倾角对煤岩组合体强度的影响.研究表明:单轴压缩时煤岩组合体的强度接近煤体的单轴破坏强度.三轴压缩时煤岩组合体的强度随着倾角的增大先缓慢降低后迅速降低.围压越大组合体强度越高,但强度提高值随着围压的增大降低.煤岩组合体的内摩擦角随着倾角的增大减小,内聚力随着倾角的增大均先增大后减小.组合体单轴压缩破裂情况基本相同,破坏基元主要分布于煤体中,三轴压缩时组合体的破裂出现了3种情况.     

冲击地压灾害结构失稳机理的组合体试验研究

煤矿冲击地压的发生机理极其复杂,是煤岩体非线性破坏、失稳矿山压力显现的总称。在分析煤岩体破坏机理和采动影响的基础上,应用能量积聚-释放诱发冲击地压的原理设计了煤岩体组合力学模型及模拟煤岩体突出的结构失稳加载试验系统试验,并配制、筛选大变形突出倾向性相似材料等方面进行了组合体结构加载失稳试验,获得了煤岩结构失稳与位移突出的特征。试验表明:组合体试件在加卸载过程中和破坏失稳时表现为稳定态能量积蓄、非稳态释放特征,是应力环境、材料强度与结构等多种因素影响的非线性动力学过程。     

锈蚀圆钢管混凝土柱伪静力性能研究

目的研究酸雨对钢管混凝土构件的抗震性能影响.方法笔者设计了12根圆钢管混凝土柱进行低周反复加载试验.分析轴压比和锈蚀程度对试件滞回曲线、骨架曲线和刚度退化曲线的影响规律.结果随着锈蚀程度的加深,滞回曲线不断捏拢,试件的侧向承载力、刚度、延性都不同程度的减小;同一锈蚀程度,随着轴压比的增大,试件承载力和延性都会增大.所有试件的延性系数和阻尼黏滞系数随锈蚀程度的增大明显减小,随轴压比的增大上下波动,增大趋势并不明显.结论利用ABAQUS对钢管混凝土的抗震性能进行数值模拟,模拟结果与试验结果吻合良好,证实了有限元模型的有效性和可行性.锈蚀程度对抗震性能的影响比轴压比的影响要显著.     

考虑楼板组合作用的钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能研究

为研究在楼板组合作用下钢管混凝土节点的抗震性能,本文按照1:2比例制作了两个不同梁柱线刚度比的带楼板钢管混凝土柱钢梁节点试件。试验利用MTS液压加载系统对节点梁端施加循环往复荷载进行拟静力试验,并利用ABAQUS软件建立有限元模型进行数值模拟分析。通过试验与有限元模拟,得到了节点的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、强度退化和刚度退化等性能参数。结果表明：两个节点试件在楼板组合作用下,滞回曲线饱满,节点表现出良好的抗震性能;在轴压比不变的情况下,随着梁柱线刚度比的增加,节点的延性、强度和刚度均有所提高;有限元模拟结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的准确性,为参数分析提供了依据。     

首采工作面矿压显现观测设计方案研究

基于山西大峪煤矿103综采工作面矿压观测任务,综合采用监测预测、数值模拟和实验室检测3种方法,通过布置支架在线阻力监测系统,分析支撑力分布情况;建立顶板上覆岩层数值模型,模拟工作面各岩层的移动及破坏情况;进行煤岩物理力学试验,为顶板分类提供计算依据。通过上述手段探索该矿首采工作面矿压显现规律,为合理选择采煤参数、支护方式和顶板管理方法提供依据。     

轴心受力H型钢PEC组合柱承载能力分析

近年来国内对型钢混凝土组合结构的研究应用已经非常广泛,但就型钢混凝土部分外包组合柱的研究仍较少。为了研究H型钢混凝土组合截面部分外包组合柱(PEC组合柱)的极限承载力、稳定性及刚度,利用有限元ANSYS软件,对3组共18根构件(12根PEC组合柱,6根H型钢柱)进行单向轴心受压模拟试验,观察了试件加载后的变形情况及截面应力云图,提取数据绘制出型钢对混凝土的约束曲线。根据模拟结果分析了试件的强度承载力、稳定性承载力及刚度等力学性能。为了验证模拟的可靠性,选取1 m不同截面的两根PEC组合柱进行轴向加载试验。结果表明:PEC组合柱具有较好的变形能力;PEC组合柱的强度承载能力、稳定性及刚度比单独型钢柱均有提高;混凝土对防止型钢柱的局部屈曲起良好作用;型钢对混凝土的约束能力随型钢的高宽比的减小而增加;试验结果与模拟结果吻合较好,证实了模拟的可靠性。研究为后续的试验研究提供了合理的理论依据和参考。